JP2005195012A - シリンダー・ブロック、それを有する内燃機関及びそれを有する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】メイン・ベアリング・キャップのためのロック幅により生じる応力を小さくし、エンジンの耐久性を向上させる。
【解決手段】使用中に回転クランクシャフト40を支持する内燃機関のためのシリンダー・ブロック31が、シリンダー・ブロック31に形成されたベアリング・キャップ支持面36に使用中に固定されるクランクシャフト・ベアリング・キャップ34上の協働するロック幅面38と締まりばめを形成するために、そこに形成された対になったロック幅面37を持つ。ロック幅面37, 38は、シリンダー・ブロック31の耐応力割れ性を向上するように、対応するベアリング・キャップ支持面36から離間している。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関、具体的にはエンジンのシリンダー・ブロック、それを有する内燃機関及びそれを有する車両に関する。

一般的な内燃機関において、エンジン・クランクシャフトが、シリンダー・ブロックに取り付けられたベアリング内に回転するように取り付けられる（例えば特許文献１を参照）。ベアリングは一般的に、シリンダー・ブロックに支持されるハーフ・ベアリングと、シリンダー・ブロックに取り付けたベアリング・キャップに支持されるハーフ・ベアリングとに分割される。ベアリング・キャップは、シリンダー・ブロックに対して、クランクシャフト、若しくは、それを保持そして位置決めするベアリングを保持し、位置決めする。クランクシャフト上のジャーナル・ベアリングが、メイン・ベアリング・キャップとシリンダー・ブロックの内方支持壁の半円面に合わせられた２つのハーフ・シェル・ベアリングに対して回転する。振動排除、低摩擦そして低騒音のためには、メイン・ベアリング・キャップとバルクヘッドとが作り出すボアの真円度が非常に重要となる。メイン・ベアリング・キャップは、内部支持壁にボルト留めされ、全てのベアリング面が１回で機械加工される。これが、メイン・ベアリング・キャップとベアリング・ブロックにより形成された２つの半円ができるだけ完全な円を形成することと、全ての円形ベアリングが同軸であることとを確実なものとする。ベアリング面は、静粛な動作と効率的なエンジン性能に必要な非常に精密な公差を得るように、精密仕上げにホーニング加工される。

しかしながら、クランクシャフトを組み込むために、エンジン・ブロックからメイン・ベアリング・キャップを取外す必要がある。クランクシャフトを配置した後で、生産ラインでのボーリング加工中に占めていたのと同じ位置に配置されるように、メイン・ベアリング・キャップを再配置する必要がある。元の位置からのずれは、振動、騒音につながる、そして厳しい高摩擦のクランクシャフト動作と急激な磨耗につながる可能性のある非円形状態を生じる。

クランクシャフトの組み込み時に、メイン・ベアリング・キャップを再配置しバルクヘッドを取り付ける方法は、従来いくつかある。そのような方法の一つにおいて、メイン・ベアリング・キャップは、メイン・ベアリング・キャップの（クランクシャフト・ジャーナルの回転軸に垂直である）横断軸に沿って、そしてベアリング分割線に隣接するベアリング・キャップの足にわたり、非常に精密に機械加工された寸法を持つ。この寸法は、ロック（lock）幅又はスナップ（snap）幅として知られる。クランクシャフト組み込み後にメイン・ベアリング・キャップが再組み込みされるときに、キャップと係合するように、一対の協働し、反対に向く面がエンジン・ブロックの支持壁のパッド上に精密機械加工される。

前後方向（クランクシャフト・ジャーナルの回転軸の方向）の位置は、ベアリング・キャップ・ボルトや、支持壁の穴へ押し付けられる中空ドエル（dowel）の使用により、制御することができる。ドエルは、そして、対応するメイン・ベアリング・キャップの精密加工されたカウンター・ボア内に位置する。
独国特許出願公開第１９９４９９２８号明細書

メイン・ベアリング・キャップとシリンダー・ブロックのパッドとの間の締まりばめが、ベアリング・キャップとシリンダー・ブロックの両方への応力を生じる。機械加工されたパッド面と、支持壁上の取り付けキャップのための機械加工されたクランプ面とは、互いに略垂直で、比較的はっきりした交差線において交わる。ロック幅パッドには、メイン・ベアリング・キャップの結合中に高い圧縮力が作用し、そして、エンジン運転中には、燃焼により生じた負荷がロック幅パッドに伝達される。

本発明は、メイン・ベアリング・キャップのためのロック幅により生じる応力を小さくし、エンジンの耐久性を向上させることを課題とする。

本発明の第１の観点によれば、使用中に回転クランクシャフトを支持する内燃機関のためのシリンダー・ブロックが提供され、このシリンダー・ブロックは、該シリンダー・ブロックに形成されたベアリング・キャップ支持面にエンジン使用中に固定されるクランクシャフト・ベアリング・キャップ上のロック幅面とが締まりばめを生じるように形成された対向する対となったロック幅面を持ち、該ロック幅面が対応する上記ベアリング・キャップ支持面から離間している。

使用中の上記ロック幅面の一部が上記ベアリング・キャップのクランクシャフト・ベアリング・キャビティの頂点と上下方向にラップするように、好ましくは上記ロック面の中間高さが、上記ベアリング・キャップ支持面からのクランクシャフト・ベアリングの半径に近似する距離となるように、上記ロック幅面がそれぞれ対応する上記ベアリング・キャップ支持面から離間している。

上記シリンダー・ブロック上の上記ロック幅面が、上記ベアリング・キャップ支持面の端部から離れて（つまり、クランクシャフトの回転軸に関して径方向に）位置する。

このシリンダー・ブロックは、鋳鉄やアルミニウムなど適切ないかなる材料からも鋳造することができ、そして、圧縮黒鉛鋳鉄（compacted graphite iron: CGI）のような高い切り欠き感度を持つ材料について、特に有利である。

本発明の第２の観点によれば、本発明の第１の観点によるシリンダー・ブロックを持ち、該シリンダー・ブロック上のベアリングに回転可能に取り付けられたクランクシャフトを持つ内燃機関が提供され、上記ベアリングの少なくとも一部が、上記シリンダー・ブロック側の半分と、対応する上記ベアリング・キャップ支持面に取り付けられた対応する上記ベアリング・キャップ側の半分とを持つ２つのハーフ・ベアリングからなり、そして上記ベアリング・キャップのそれぞれが、対応する上記シリンダー・ブロック上の協働するロック幅面との間で締まりばめを形成する互いに離間したロック幅面を持つ。

締まりばめは、ベアリング・キャップ毎に10〜100ミクロン程度の大きさとされるのが好ましい。

各ベアリング・キャップが、半円状ハーフ・ベアリングの各側を通過するリムを持つ本体を有し、そして、上記シリンダー・ブロック上の対応するベアリング・キャップ支持面に対して座する上記リムのそれぞれの端部に取付面を持ち、該取付面近傍の各リムの外端部分（クランクシャフトから外方）が、上記シリンダー・ブロックの隣接する部分に対して隙を持つ。

好ましくは、各ベアリング・キャップが、鉛直の（ベアリング・キャップ支持面に対して垂直に）ボルトで、そして、上記ベアリング・キャップの外側と係合するクロス・ボルト（つまりベアリング・キャップ支持面に平行なボルト）により、固定される。

各クロス・ボルトが、各リムの外側の隆起パッドと係合すると有利である。

好ましくは、ロック幅面は、２本のクロス・ボルト・パッド上に形成される。

好ましい構成において、クランクシャフトは、メイン・ベアリング・キャップとシリンダー・ブロックの内部支持壁の半円状面とに係合する２つのハーフ・シェル・ベアリングに抗して回転する。

本発明はまた、本発明の第２の観点による内燃機関を持つ自動車を有する。

図１及び図２は従来技術を示し、そこにおいて、シリンダー・ブロック11が、メイン・ベアリング・キャップ14とシリンダー・ブロック11の壁15とに支持された２つのハーフ・ベアリング・シェル12及び13上で回転可能なクランクシャフト（図示せず）を支持している。壁15は、そこに形成されたメイン・ベアリング・キャップ支持面16を持ち、シリンダー・ブロック11は、そこに形成され支持面16の端に隣接する一対の精密機械加工されたロック幅面17を持つ。

ベアリング・キャップ14は、そこに精密機械加工され、使用中にシリンダー・ブロック11のロック幅面17と協働してメイン・ベアリング・キャップ14を正確に位置決めする、一対のロック幅面18を持つ。ベアリング・キャップ14は、鉛直ボルト21と、ベアリング・キャップの一側の隆起パッド22にねじ込まれるクロス・ボルトとにより、所定の場所に位置決めされる。ロック幅がベアリング・キャップ14とブロック11との間に干渉を生じるように、クロス・ボルト・パッド（隆起パッド）22がブロックの機械加工位置の表面23との間で常に隙を持つように機械加工される。

各ロック幅面17と支持面16の間の線の交差部19は、２つの面17の間でのキャップ14の締まりばめから生じる圧縮力のために応力発生部となる。

図３及び図４を参照すると、シリンダー・ブロック31が示されており、それは使用中に、ベアリング・キャップ34を用いて、シリンダー・ブロック31に対して回転するように取り付けられたクランクシャフトのジャーナル40を支持する。本実施形態において、シリンダー・ブロックはV6構成の内燃機関のためのものであるが、本発明は他のエンジン形式に適用可能である。シリンダー・ブロックは、CGIから鋳造され、通常の態様で機械加工される。

本発明を図３に示されように、単一の壁とベアリング・キャップのみを参照して説明していく。クランクシャフトが、シリンダー・ブロック壁35とベアリング・キャップ34に取り付けられた一対のハーフ・ベアリング・シェル32, 33の中で回転する。ベアリング・キャップ34は、ハーフ・ベアリング・シェル33が収められる半円状ハーフ・ベアリング・キャビティ52の両側に位置するリム51を持つ本体50を有する。リム51は、その端部にブロック31に機械加工された支持面36に接する取付面を持つ。各リム51の取付面に隣接する（クランクシャフトより外方に位置する）外端部分は、ブロック31に対して隙Cを持つ。

ベアリング・キャップ34が、鉛直ボルト41、好ましくは4本のボルトで、そして好ましくは２本のクロス・ボルト42で、支持面36に固定される。鉛直ボルト41は、気筒内の燃焼が生成する高い圧縮力に耐え、クロス・ボルト42は、キャップ34がクランクシャフトと共に軸方向にねじられるのを防止する（軸方向とは、クランクシャフトの回転軸に沿ってという意味）。

シリンダーが鋳造されるCGIは、通常の鋳鉄と比較して、高い強度と硬さを持ち、そして、特に現代のディーゼル・エンジンが要求する高い燃焼圧力により良好に耐える。しかしながら、CGIは応力割れし易く、応力集中を緩和するために、シリンダー・ブロック31のロック幅面37が、分割線として知られる支持面36から離間させられる。シリンダー・ブロック31の２つのロック幅面37は、ベアリング・キャップ34の協働するロック幅面38と位置が揃う。ロック幅面38は、ベアリング・キャップ34のリム51の外側の隆起パッド43上に機械加工される。ブロック31上のロック幅面37は、機械加工された支持面36の端部との間で、位置が揃わず、そして径方向に隙Sだけ離間している。ロック幅の締まりばめは、10〜200ミクロン、好ましくは20〜100ミクロンである。

好ましい実施形態において、ロック幅面37, 38は、ロック幅面37, 38の一部が半円状キャビティ52の頂点に揃うように、より好ましくは、ロック幅面37, 38の中間高さがクランク・ジャーナルの半径に近似する距離だけ分割線（支持面36）から離れるように、分割線から離間する。35 mm径のクランクシャフトについての実施形態において、ロック幅領域は、鉛直方向に約13〜15 mm延び、そして中間高さが分割線から約30 mmである。この中間高さは、ロック幅領域の一部がキャビティの頂点と重なるように、ベアリング・キャップ34により支持されるべきクランクシャフトの径に応じて、25〜45 mmの範囲で変化することになる。

クロス・ボルト42が、ロック幅領域中央のロック幅面38内に形成されたネジ穴39に係合するならば、都合が良い。

分割線から離れたロック幅面37及び38の位置が、分割線における応力集中を、その２つの分だけ減少させる。

従来技術のシリンダー・ブロックを示す斜視図である。 メイン・キャップ・ベアリングを持つ従来技術のシリンダー・ブロックを示す斜視図である。 本来の位置にメイン・ベアリング・キャップがある本発明のシリンダー・ブロックの断面図である。 シリンダー・ブロックとベアリング・キャップの一部の拡大断面図である。

符号の説明

32, 33 クランクシャフト・ベアリング
34 ベアリング・キャップ
35 シリンダー・ブロック
36 ベアリング・キャップ支持面
37, 38 ロック幅面
50 本体
51 リム

Claims (12)

1. 使用中にクランクシャフトを回転可能に支持する内燃機関のためのシリンダー・ブロックであって、
   上記シリンダー・ブロックに形成されたベアリング・キャップ支持面とエンジン使用中に固定されるクランクシャフト・ベアリング・キャップ上のロック幅面と締まりばめを生じるように形成された対向する対となったロック幅面を持ち、該ロック幅面が対応する上記ベアリング支持面から離間していることを特徴とするシリンダー・ブロック。
2. 使用中の上記ロック幅面の一部が上記ベアリング・キャップのクランクシャフト・ベアリング・キャビティの頂点と上下方向にラップするように、上記ロック幅面がそれぞれ対応する上記ベアリング・キャップ支持面から離間していることを特徴とする請求項１に記載のシリンダー・ブロック。
3. 上記支持面の中間高さが、クランクシャフト・ベアリングの半径に近似する上記ベアリング・キャップ支持面からの距離となるように、上記ロック幅面が上記支持面から離間していることを特徴とする請求項２に記載のシリンダー・ブロック。
4. 上記シリンダー・ブロック上の上記ロック幅面が、上記ベアリング・キャップ支持面の端部から離れて位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリンダー・ブロック。
5. 上記シリンダー・ブロックが圧縮黒鉛鋳鉄から鋳造されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシリンダー・ブロック。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のシリンダー・ブロックを持つ内燃機関であって、
   上記シリンダー・ブロック上のベアリングに回転可能に取り付けられたクランクシャフトを更に有し、
   上記ベアリングの少なくとも一部が、上記シリンダー・ブロック側の半分と、対応する上記ベアリング・キャップ支持面に取り付けられた対応する上記ベアリング・キャップ側の半分とを持つ２つのハーフ・ベアリングからなり、
   上記ベアリング・キャップのそれぞれが、対応する上記シリンダー・ブロック上の協働するロック幅面との間で締まりばめを形成する互いに離間したロック幅面を持つことを特徴とする内燃機関。
7. 上記締まりばめがベアリング・キャップ毎に20〜100ミクロンの大きさとされることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
8. 上記ベアリング・キャップのそれぞれが、半円状ハーフ・ベアリングの各側を通過するリムを持つ本体を有し、
   上記シリンダー・ブロック上の対応するベアリング・キャップ支持面上に位置する上記リムのそれぞれの端部に取付面を持ち、該取付面近傍の各リムの外端部分が、上記シリンダー・ブロックの隣接する部分に対して隙を持つことを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関。
9. 各ベアリング・キャップが対応する支持面に、該支持面に対して垂直なボルトと、上記支持面に平行なボルトにより固定され、該平行ボルトが、上記ベアリング・キャップの外側の一対の隆起パッドと係合することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の内燃機関。
10. 上記ベアリング・キャップ上の上記ロック幅面が、上記平行ボルトのための上記隆起パッドに形成されることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 上記クランクシャフトが、２つのハーフ・シェル・ベアリングに対向して回転し、該ハーフ・シェル・ベアリングの一方が上記ベアリング・キャップに係合し、他方が上記シリンダー・ブロックの内部支持壁の半円状面に係合することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の内燃機関。
12. 請求項６乃至１１のいずれかに記載の内燃機関を持つ車両。

Images